Energia Solar

Erick Rodrigues Curto

Juliana Layber Mota

“Somente com a substituição rigorosa do consumo de energias fósseis por energias

solares, a globalização econômica chegará a ser ecologicamente sustentável”.

Fonte: Economia Solar Global ( Hemann Scheer)

ENERGIA LIMPA E SUSTENTÁVEL

Relatório IPCC/ONU 2007 - Mitigação Mudanças Climáticas: • Diminuir subvenções às energias fósseis (petróleo, gás,

carvão)• Impor taxa ao carbono: para estimular mudanças nos

modos de produção e de consumo• Promover (tornar competitivas) as energias renováveis

(eólica, solar, geotérmica, biomassa)• Reduzir as emissões da indústria; mudar práticas agrícolas;

reduzir desmatamentos.• Promover seqüestro e armazenamento de CO2• Promover edificações e mobilidade sustentáveis.

• Segundo a International Energy Agency - IEA, a

Geração Renovável mundial deve apresentar forte

crescimento nos próximos anos, com expectativa na

ordem de 127% no período entre 2010 a 2013.

Matriz Energética do Espírito Santo

Matriz Energética do Brasil e do Mundo

O POTENCIAL DO SOL• A radiação solar emitida pelo Sol se encontra na faixa de

comprimentos de onda entre 0,1 a 3,0 μm, conhecida comobanda solar.

• O Sol é uma esfera de 695 000 km de raio e massa de 1,989x 1030 kg.

• Composição química é de hidrogênio (92,1%) e hélio(7,8%),que geram energia solar através de reações de fusãonuclear quando quatro prótons de hidrogênio setransformam em um átomo de hélio, liberando energia.

• A temperatura chega a atingir 15 milhões °C.• Fornece a cada ano 15.000 vezes mais energia do que a

consumida por toda população mundial.

Fatores importantes para energia total incidente sobre TERRA.

• Condições atmosféricas (umidade relativa do ar).

• Latitude local.

• Posição no tempo (hora do dia e dia do ano). Deacordo com à inclinação do eixo imaginário emtorno dos movimentos de rotação e translaçãoem trajetória elíptica, ou seja, a duração solar dodia – período de visibilidade do Sol.

• Solstício e Equinócio (mudanças das estações doano).

Território Brasileiro

• A maior parte do território brasileiro está localizado próxima dalinha do Equador. (dias e noites com durações aproximadas)

• Para o aproveitamento da radiação solar a posição do coletor oupainel solar é ajustada de acordo com a latitude local e o períododo ano em que se requer mais energia. Ex: No Hemisfério Sul umsistema de captação solar fixo deve ser orientado para o Norte, comângulo de inclinação similar ao da latitude local.

• As regiões recebem mais de 2200 horas de insolação com umpotencial equivalente a 15trilhões de MWh (50 mil vezes oconsumo nacional de eletricidade).

• No Nordeste estão as áreas com maior potencial de geração elétricacom energia solar e os projetos pioneiros estão no Sudeste e Sul.

Mapa da média anual de insolação diária no Brasil (horas) - ATLAS Solarimétrico do

Brasil

ASPECTO NEGATIVO

• Baixa eficiência dos sistemas deconversão de energia.

• Uso de grandes áreas para a captação deenergia em quantidade suficiente paraque o empreendimento se torneeconomicamente viável.

PRINCÍPIOS DA PRODUÇÃO ENERGIA SOLAR

• Energia solar térmica aquecimento solar.

• Energia solar fotovoltaica geração de energia elétrica.

AQUECIMENTO SOLAR

• Visão detalhada

• Geometria solar

• Cálculo da radiação solar global incidente sobre superfície inclinada – média mensal.

Sistema de Aquecimento Solar

• Captação: composto basicamente peloscoletores solares que variam conforme atemperatura de aquecimento desejada.

Coletor solar aberto

Coletor solar fechado

Coletor solar de tubo evacuado

• Acumulação: seu componente principal oreservatório térmico, armazena água quentepara adequação entre a geração e o consumoefetivo, além da definição de certa autonomiapara o sistema de aquecimento solar.

• Consumo: compreende toda a distribuiçãohidráulica entre o reservatório térmico e ospontos de consumo, inclusive o anel derecirculação.

• Sistema esquemático de aquecimento solarresidencial:

Classificação das instalações de aquecimento solar

Atualmente, no Brasil, grande parte dos sistemas de aquecimento solar emfuncionamento é residencial, de pequeno porte e operam por circulaçãonatural (termossifão), no qual circulação da água nos tubos de distribuição doscoletores é promovida apenas pela diminuição de sua densidade devido aoaquecimento da água nos coletores solares.

•Instalação Solar em Circulação Natural ou Termossifão: atualmente,no Brasil, grande parte dos sistemas de aquecimento solar emfuncionamento são residenciais, de pequeno porte e operam porcirculação natural.

• Sistemas Acoplados ou Compactos: a concepção básica do sistemaacoplado é quando o coletor solar e o reservatório térmico se fundemem uma única unidade.

•Instalação Solar em Circulação Forçada ou Bombeada: a circulação dofluído de trabalho através do circuito primário da instalação épromovida pela ação de uma bomba hidráulica.

Sistemas acoplados.

O Aquecimento Solar no Contexto Internacional

• São 41 países ao todo que representam aproximadamente 57% da população global e cerca de 90 % do mercado de aquecimento solar mundial.

Dados do aquecimento solar no mercado mundial:

• 141 milhões de metros quadrados de coletores solares instalados;

• 98,4 GWth de potência nominal térmica instalada;

• 58.177 GWh (209.220 TJ) de produção anual de energia;

• 25,4 milhões de toneladas de CO2 evitadas (9,3 bilhões de litros de óleo equivalente)

Fator de conversão entre metros quadrados de coletores solares e potência nominal em MWth (potência térmica):

1 m² de coletor solar ↔ 0, 7 kWth

O aquecimento Solar no Brasil

• Aquecimento de água é solução técnica eeconomicamente viável para os problemas deredução do consumo de energia elétrica no setorresidencial brasileiro e de modulação da curva decarga de nossas concessionárias de energia.

• O aquecimento solar já atende mais de 570 milresidências em todo o Brasil e contribui para aredução de 224 MW de potência no horário deponta do setor elétrico nacional.

Exemplo de contas de energia de duas residências em Contagem/MG:

No Espírito Santo

• Hospitais Beneficentes: Irmandade Santa Casa de Misericórdia de Vitória, Hospital Evangélico de Vila Velha, Hospital Infantil Nossa Senhora da Glória de Vitória, Hospital Padre Máximo de Venda Nova, Hospital da Polícia Militar de Vitória. Economia anual:

• Consumo: 561 MWh/ano

• Demanda retirada de ponta: 207 kW

• Investimento: R$ 1 milhão

Santa Casa de Misericórdia de Vitória Sistema comercial de aquecimento solar de água (Belo Horizonte)

Hotel Porto Belo – Porto Seguro - BA Aquecimento solar de piscinas

Aquecimento solar com integração arquitetônica - AlemanhaVista aérea de edifícios que possuem aquecimento solar

Viabilidade

Dados

GERAÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA• Radiação solar pode ser diretamente convertida em

energia elétrica, por meio de efeitos da radiação(calore luz) sobre materiais semicondutores, destacando osefeitos termoelétricos e fotovoltaicos.

• A eficiência de conversão das células solares é medidapela proporção da radiação solar incidente sobre asuperfície da célula que é convertida em energiaelétrica com um índice de eficiência de 25%.

• As produções de placas fotovoltaicas aumentaramconsideravelmente nos últimos anos com previsão deaumento crescente. Como a demanda é maior do quea produção, os investimentos nessa área tornaram-selucrativo.

Efeito Termoelétrico

• Surgimento de uma diferença de potencial,provocada pela junção de dois metais

• uso comercial para a geração de eletricidadetem sido impossibilitado pelos baixosrendimentos obtidos e pelos custos elevadosdos materiais.

• Exemplo: Usina termossolar emSevilha/Espanha.

Efeito Fotovoltaico

• Devido a excitação dos elétrons de algunsmateriais na presença da luz solar.

• Utiliza para conversão da radiação solaremenergia elétrica células solares oufotovoltaicas de silício.

• Exemplo: Sistema térmico de geração solarde energia elétrica (Califórnia – EUA)

O Efeito Fotovoltaico

Sistema de geração fotovoltaica de energia elétrica:

Aspectos Negativos

• Para a geração de eletricidade em escalacomercial, o principal obstáculo tem sido ocusto das células solares.

• Atualmente os custos de capital variam entre5 e 15 vezes os custos unitários de uma usinaa gás natural que opera com ciclo combinado.

• Os valores estão situados na faixa de US$ 200a US$ 300 por megaWatt-hora e entre US$ 3 eUS$ 7 mil por quiloWatt instalado.

Sistema Fotovoltaico Isolados

• A energia gerada é para uso local semacesso a rede elétrica ou uso paraaplicações especiais. Geralmente aenergia é armazenada.

• Exemplo: Eletrificação rural emcomunidades isoladas.

Sistema Fotovoltaico Conectado à Rede Elétrica

• A geração de energia elétrica édescentralizada ou gerada em plantacentralizada na qual injeta-se a energia geradana rede.

• Exemplo: Usina fotovoltaica deMoura/Portugal

1ª Usina no Brasil - Tauá-CE

Exemplos de Energia Fotovoltaica:Fachadas fotovoltaicas: as placas fotovoltaicas integrados na fachada do edifício, gerando energia em edifícios sustentáveis.

Arenas Solares

Calefação Solar – secagem de grãos JR-EAST Takasaki Station – Japão. Potência:200 kWp

Refrigeração Solar – Fábrica de Cosméticos na Grécia.•Esse sistema pode ser utilizados autonomamente ou emcomplemento com um sistema clássico de ar condicionado;o objetivo principal é o de utilizar tecnologias de “emissãozero” para reduzir o consumo energético e as emissões deCO2.•O consumo de energia elétrica pode ser até 20 vezesinferior.